variables en cúmulos globulares

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VARIABLES EN
CÚMULOS GLOBULARES
Francisco A. Violat Bordonau
Asociación de Variabilistas de España
Asesores Astronómicos Cacereños
[email protected]
El "matrimonio" entre la astronomía óptica y la electrónica dio nacimiento, en los años 70, a la cámara CCD; con
ella los aficionados estamos en disposición de estudiar estrellas de magnitudes muy superiores a las conseguidas por
la observación a simple vista o incluso fotográfica, por
medio de largas y cuidadosas exposiciones: algo ideal para
estudiar estrellas variables en cúmulos globulares.
Un telescopio pequeño como es mi catadióptrico de 203 mm de abertura, bajo cielos oscuros y
limpios, me permitió ver astros de la 15ª magnitud (en la zona de R CrB) hace unos años, lo que
me sirvió de excusa para publicar varios artículos
en la revista Tribuna de Astronomía que tratasen
sobre la "magnitud límite" capturada por los aficionados. Pues bien, al trabajar con una cámara
CCD acoplada a cualquier telescopio mediano (de
150-200 mm de abertura) noto que logro alcanzar
magnitudes límites que están en el rango 16ª-18ª
y, por tanto, estudiar un buen número de las variables más brillantes en cúmulos globulares.
Definimos un cúmulo globular como un cuerpo celeste formado por un conjunto muy abundante de estrellas (varios millares, en ocasiones más
de medio millón de masas solares) unidas por la
gravitación mutua, caracterizado por su larga vida
(varios miles de millones de años) y porque telescópicamente parecen "bolas de nieve" (los más
débiles semejan la "coma" de un cometa de poco
brillo). Otro rasgo típico es que, a diferencia de
los cúmulos abiertos, se sitúan dispersos en un
halo esférico alrededor de la Galaxia a gran distancia del centro; sin embargo la característica física más evidente es la gran antigüedad de sus estrellas: prácticamente todas ellas son astros muy
viejos, con edades similares al origen del Universo (10-15.000 millones de años). Un estudio espectroscópico de sus componentes pone de manifiesto que todas ellas son estrellas pobres en
metales: esto significan que son muy antiguas
puesto que carecen de los elementos químicos
complejos (metales en el argot técnico) característicos de las estrellas de segunda o posterior generación como es nuestro Sol.
Dado que los globulares están ligados gravitacionalmente al núcleo de la Galaxia, y giran en
órbitas de gran período alrededor de éste, las dis-
tancias hasta nosotros son mucho más elevadas
que las de los cúmulos abiertos: gracias a su enorme luminosidad pueden ser divisados incluso a
más de 100.000 años-luz, no siendo raros los que
se sitúan incluso a dos o tres veces esta distancia
(es el caso de NGC 2419, en Lynx). Y como el
Sol (y la Tierra) están en uno de los brazos externos de la Galaxia, por lo general todos caen bastante lejos pues nosotros también distamos bastante del centro galáctico (unos 10.000 pc, cerca
de 32.600 años-luz). Así raro es el globular que
está más cerca de los 10.000 años-luz, aunque algunos de ellos (como M4) se sitúan en torno a los
6.000 años-luz y son, por tanto, cuerpos bastante
bien estudiados fáciles de resolver incluso con
instrumentos de aficionado. Sin embargo por lo
general son distantes, entre los 10.000 y 100.000
años-luz, lo que impide que sus componenes individuales sean tan brillantes como para observarlas
con telescopios pequeños.
Bien pero, ¿de qué tipo son sus componentes?;
un estudio físico de las mismas, por medio de la
espectroscopía, demuestra que las estrellas más
brillantes de los globulares son, sin excepción,
rojas o muy rojas: siendo tan distantes estos astros
por fuerza han de ser del tipo gigante roja, una
fase de la evolución estelar caracterizada por el
gran hinchamiento de la estrella causado por el
déficit de combustible en su núcleo (hidrógeno) y
uso del helio como nuevo combustible.
¿Cuál es la distribución, por clases, de las estrellas que componen un globular?; el estudio espectroscópico permite trazar un diagrama H-R en
el cual en el eje x podemos poner el índice de
color (es decir, la temperatura superficial) mientras que en el eje y vamos marcando la magnitud
aparente. Al hacer esta clasificación notamos enseguida que el diagrama H-R de un globular es to-
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talmente diferente al de un cúmulo abierto, pues
en él no aparece la secuencia principal como en
aquéllos, sino que encontramos una figura parecida a una cabeza con un "capirote" inclinado hacia
atrás: un claro ejemplo es el diagrama H-R del
globular M13 mostrado en la página anterior.
Ahora vamos a estudiarle más despacio para contestar a la pregunta anterior.
Lo primero que notamos es que las estrellas
más brillantes (que rondan la 12ª-13ª magnitud)
tienen un índice de color en el rango 1,0-1,6 lo
cual indican que son anaranjado-rojizas: si son tan
rojas y brillan mucho no pueden ser más que del
tipo gigante roja, como antes adelanté.
Si continuamos bajando el listón de la magnitud visual veremos que el siguiente escalón de
brillo está en torno a la 13ª-15ª magnitud, en el
cual aparecen gran cantidad de estrellas con índices 0,5-1,0 que pertenecen al color amarilloanaranjado casi rojo y son del tipo subgigantes.
Curiosamente en ese mismo rango (en torno a la
15ª) aparece un grupo de estrellas que, separado
del cuerpo principal, parece dibujar una zona
aplastada, casi horizontal, que corre paralela hacia
los índices de color más bajos: es el denominado
brazo horizontal (HB en la literatura profesional,
Horizontal Branch, BH en mi gráfico), formado
por estrellas con índices de color 0,5 a 0,0 o incluso un poco menor cuyos tipos espectrales son A y
F, astros blancos y amarillentos más calientes.
Si continuamos bajando de magnitud notaremos que, finalmente, existe un grupo disperso de
estrellas en el rango 17ª-22ª (o incluso más débiles todavía) que se parecen al arranque de la secuencia principal de un cúmulo abierto y que, precisamente, realmente pertenecen y forman parte
de la secuencia principal del globular; todas son
astros blancos o amarillentos con un índice cromático 0,4-0,9 casi del tipo solar y realmente tan
brillantes como nuestro Sol si se colocase a esa
enorme distancia de la Tierra...
En resumen, encontramos cuatro tipos principales de estrellas:
a) gigantes rojas
b) subgigantes
c) estrellas blancoamarillentas
d) estrellas de la secuencia principal.
Y ahora nos hacemos la pregunta del millón,
¿qué tipos de variables podemos encontrar en
estos grupos de estrellas? Vamos a verlo.
En primer lugar entre las gigantes rojas podemos encontrar dos tipos de variables de largo período como son las mira y las semirregulares: en
el primer tipo hallamos astros con períodos de
100 a 1.000 días y oscilaciones de brillo de hasta
10 magnitudes (nunca tanto en los globulares),
cuyo prototipo es omicrón Ceti "Mira", bien conocida por todos; entre las semirregulares tenemos
la famosa µ Cephei y otras, con períodos de la docena al centenar de días y oscilaciones de brillo
notables (tampoco muy alta debido a la gran lejanía). No perdamos de vista que las estrellas situadas en la zona más alta de las gigantes rojas están
en el sector en el cual se ha iniciado la ignición
del helio en su núcleo, lo que origina inestabilidad
en sus reacciones nucleares y, por tanto, diferencias notables en su tamaño y brillo aparente.
En segundo lugar, entre las blancoamarillentas
del brazo horizontal, aparecen lo que son astros
del tipo RR Lyrae, también llamadas "variables
cumulares" por encontrarse en gran cantidad en
cúmulos globulares o incluso "cefeidas de período
corto", en la literatura astronómica más antigua.
Son gigantes de clase espectral A que ocupan,
como vemos, un sector muy concreto del diagrama H-R ya que todas ellas poseen una luminosidad casi idéntica: aproximadamente 100 veces la
del Sol; sus períodos están en el rango 0,2-1,2
días y son, por tanto, muy rápidas con oscilaciones de brillo de casi 1 magnitud.
Finalmente podemos encontrarnos con alguna
cefeida de corto período (pocos días) que pertenecen a los tipos espectrales F y G gigantes o supergigantes, aunque de luminosidad inferior a la de
las cefeidas clásicas típicas por ser astros viejos.
Segunda pregunta del millón: ¿cuál de estos
tipos es el que mejor podemos estudiar?; la respuesta depende de dos factores diferentes, a saber:
a) la magnitud límite de nuestro equipo
b) la magnitud aparente de las variables.
El primero está supeditado a la abertura del
instrumento: un reflector de 100 mm de diámetro
captura 4 veces menos luz que uno de 200 mm y
9 veces menos que el de 300 mm: hablando en
lenguaje de magnitudes esto serían 1,5 y 2,3 magnitudes menos que los instrumentos de 200 y 300
mm respectivamente; por tanto se intentará, dentro de lo posible, emplear instrumentos de abertura amplia. Como suponemos que al telescopio se
le ha acoplado una CCD habría que tener en cuenta el ruido térmico de la misma, la respuesta espectral a los diferentes colores (máxima en el
color rojo la SBIG modelo ST-4, en el verde la
Starlight Xpress MX5) y el tiempo máximo de integración que podamos emplear, pero los vamos a
dejar aparte por el momento.
El segundo depende del tipo espectral de la
variable que estudiaremos; si volvemos la vista al
diagrama H-R notaremos que los astros más bri-
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llantes (en torno a la 12ª magnitud en la mayoría
de los globulares cercanos) son siempre gigantes
rojas, de ahí que sean las miras y semirregulares
las que podremos seguir con más facilidad. ¿Y las
conocidas y típicas estrellas RR Lyrae propias de
los globulares?: como se sitúan en el brazo horizontal son ya bastante más débiles, quedando en
M13 (ejemplo que estamos estudiando como modelo) en torno a la 14,7-14,9ª magnitud: sólo instrumentos de más de 200 mm de abertura podrían
intentar seguirlas; esto quiere decir que no sería
nada fácil estudiarlas y sólo en los más cercanos
(como por ejemplo M4 o M13) podríamos seguirlas durante todo su ciclo de variación.
El brazo horizontal se suele utilizar como marcador normalizado para calcular la distancia de
los globulares, dado que las estrellas que lo forman poseen la misma magnitud absoluta; por
ello podemos decir, a la inversa, que dependiendo
de la distancia el brillo aparente de las estrellas
RR Lyrae será mayor o menor: así las de M5 y
M13 (a unos 23.000 años-luz) brillarán con 14,7ª
magnitud, las de M80 lo hacen con 16ª magnitud,
las de M72 y M75 están en torno a la 17ª y las de
M54 no llegan a superar la 18ª. De todos modos
el que visualmente aparezcan más débiles o más
brillantes tampoco es una indicación absoluta de
su distancia, pues en ciertos casos existe una atenuación en el brillo debido al polvillo interestelar
que se encuentra entre el cuerpo y nosotros; en
ciertos casos esta extinción puede llegar incluso a
1 magnitud, sobre todo si el cúmulo está cercano
al plano galáctico y dista considerablemente.
CASOS PRÁCTICOS
Ya tenemos el telescopio listo (tomemos como
modelo un reflector de 200 mm de diámetro), la
CCD dispuesta (cualquiera sirve) y disponemos
de buenas cartas estelares con las cuales buscar
los globulares más interesantes. Elegimos como
sujeto el bien conocido M13, situado en Hércules
a unos 22.800 años-luz y, con su diagrama H-R
delante de la vista, vamos a tratar de comprender
qué podemos hacer en este cuerpo.
En primer lugar notamos que los astros más
brillantes (rojos) son de la 12ª magnitud, por lo
cual nuestro equipo está más que preparado para
capturar, y resolver, todas las estrellas rojas.
Ahora se nos plantea una duda antes de seguir
y es... ¿hasta qué magnitud estelar llegamos?; esto
depende del tiempo de integración que empleemos, pues si con tomas de 1 segundo captamos
luz cuando la ampliamos a 5 segundos la carga
acumulado en el chip será 5 veces mayor, subiendo a 10 veces si el tiempo lo alargamos a 10 se-
gundos... siguiendo este razonamiento podemos
determinar cuál es la ganancia, en magnitudes, dependiendo del tiempo de integración.
La escala de magnitud se basa en una base, el
número 2,51188 (la raíz quinta de 100), que se
eleva a un exponente según sea el salto (positivo o
negativo) que efectuemos: de este modo un astro
de magnitud 3ª brilla 2,512 veces más que uno de
4ª (2,511881) y 6,309 veces más que uno de 5ª
(2,511882 ), pero 15,84 veces menos que uno de
magnitud 0 (2,511883); el exponente al cual se ha
elevado la base ha sido 1 en el primer caso, 2 en
el segundo y 3 en el tercero porque la diferencia
ha sido 1, 2 y 3 magnitudes respectivamente.
También se pueden dar pasos intermedios como
ahora vamos a ver: en una imagen de M5 de 30
segundos he capturado astros de la 15ª magnitud;
si obtengo una toma de 60 segundos (2 veces
mayor) llego a la magnitud 15,753ª pues
2,511880,753 = 2,000 veces
de modo que si alargo el tiempo de exposición a
90 segundos (3 veces más ) tenemos entonces
2,511881,193 = 3,000 veces
y por tanto llego ahora a la 15ª+1,193 = 16,193ª.
Para que pueda llegar a la magnitud 17ª (2
magnitudes completas por debajo de la límite original) necesito alargar la integración exactamente
2,511882 = 6,309 veces
de modo que el tiempo de exposición será
30 s x 6,309 = 189,287 segundos
es decir, todavía dentro de las posibilidades de la
CCD y el equipo si cuento con motor de seguimiento y tengo la montura bien orientada.
Podemos hacer una sencilla tabla de las veces
que hemos de ampliar el tiempo de exposición en
función de la ganancia de magnitud límite que
deseemos obtener, la cual nos queda así:
2,51 veces = 1 magnitud
6,30 veces = 2 magnitudes
15,8 veces = 3 magnitudes
39,7 veces = 4 magnitudes
100 veces = 5 magnitudes
Dado el brillo residual del cielo incluso en
zonas muy oscuras, la bondad del seguimiento y
el ruido de lectura de la CCD por lo general lo
máximo a lo que se puede aspirar es a ampliar el
tiempo de exposición hasta las 5-10 veces (150600 segundos) con lo cual la ganancia será de
1,75 a 2,5 magnitudes. Esto nos lleva ya al rango
16-17,5ª magnitud y nos permite, por tanto, capturar todas las gigantes rojas, las subgigantes, las
estrellas RR Lyr y algunas más perdidas...
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Sin embargo hemos hablado de magnitud límite, esto es: un astro que con un ciudadoso procesamiento digital aparece levemente sobre el ruido
de fondo; por ello no podremos estudiar las variables de tipo mira que en su máximo rocen la 17ª
magnitud, dado que durante una buena parte de su
ciclo no las veríamos... dejando un tramo de 0,50,8 magnitudes sobre el fondo estelar, para que
las medidas tengan un mínimo de precisión pese
al ruido de fondo, el límite práctico puede reducirse a la 16,5ª magnitud sin muchos reparos y en él
me quedaré el resto del trabajo; como es natural
los poseedores de instrumentos de 250-400 mm
de abertura me dirán que de eso nada, que ellos
pueden bajar todavía más: conforme, pero los que
trabajamos con reflectores de 200 mm nos conformamos con esta cifra más conservadora.
PROBLEMAS
A la hora de empezar a trabajar ya sabemos
cuáles son nuestros límites: astros de la 12ª magnitud como poco en los globulares más usuales (la
10ª en los más próximos, como M4) y astros de la
16,5ª como límite práctico: esto nos deja un rango
de 4 a 4,5 magnitudes para trabajar.
Ahora bien, ¿cuál es la precisión en la determinación de brillos con imágenes CCD?, esto es:
¿cuál es la oscilación de brillo más pequeña que
capturaremos? Empleando imágenes no demasiado malas con astros bien muestreados, la precisión puede ser de 0,05 magnitudes en cuerpos
más o menos brillantes; en el caso de cúmulos
globulares, con astros poco brillantes y un campo
estelar cubierto de estrellitas débiles, podemos
bajar este límite a 0,1 magnitudes.
Vamos a la materia práctica, a la escala utilizada y al tipo de detector. Para focales grandes (de 2
a 4 m) se necesitan chips con el píxel grande, de
tal modo que la escala óptima sea la mitad de la
resolución del seeing local: así para lugares con
una resolución de 4-5" lo ideal sería tener una escala de 2"/píxel; esto en un catadióptrico de 203
mm de abertura y 2 m de focal como el mío se
consigue cuando el píxel mide 19,5 micras; el empleo de un chip con píxeles menores no nos ofrece más información espacial.
Otro punto a tener en cuenta es el tamaño de
las estrellas sobre el chip: para hacer mediciones
fotométricas de precisión se necesitan imágenes
estelares bien muestreadas, es decir, que las estrellas cubran al menos de 4 a 9 píxeles. Esto es así
porque el método más usual para la determinación
del brillo, el denominado fotometría de síntesis de
apertura, está basado en sumar toda la luz que
llega del objeto (la variable en este caso) y restar
la luz del fondo celeste: para ello se determina
matemáticamente el centro de la imagen estelar
(el fotocentro) por medios estadísticos y una vez
realizado sumamos toda la luz recibida a su alrededor en un radio determinado; luego se toma un
lugar cercano libre de estrellas y se resta esta luz:
la diferencia es la luz recibida sólo por el astro a
estudiar. La abertura elegida está en función de la
magnitud del astro a medir: así en astros brillantes
se suele tomar una abertura que es 3-5 veces el tamaño aparente de la estrella, mientras que en astros más débiles se suele tomar un tamaño menor.
Sin embargo existe otro método menos utilizado que, en este caso, se muestra más exacto: la fotometría de ajuste de perfil; es el preferido cuando medimos el brillo de una estrella que aparece
en un campo estelar muy poblado (como en el
globular) y se basa en suponer que todas las imágenes estelares capturadas en el campo son idénticas puesto que se han visto afectadas por la
misma turbulencia o los mismos errores ópticos:
el diferente aspecto de las estrellas estará producido sólo por el factor de escala; en este caso podemos definir el aspecto estelar final por una función denominada PSF que representa el perfil de
una estrella puntual después de haber pasado por
la atmósfera y con las aberraciones del sistema
óptico telescopio + CCD. En este caso la fotometría se basa en ajustar la función a las estrellas
capturadas en la imagen, de tal modo que podamos determinar qué factor de escala es el adecuado para cada estrella. Probablemente los aficionados se sientan tentados de emplear el primero, que
es el que mejor conocen y mejor manejan los programas astronómicos que ellos emplean.
Sí, todo muy bonito y muy teórico pero, ¿cuál
es realmente la precisión conseguida?: con una
sencilla ST-4 y un reflector de 150 mm de abertura se puede llegar a medir cambios de brillo, y
con ellos trazar después las curvas, con una dispersión de 0,1 magnitud; y estamos hablando de
emplear sólo 256 niveles de gris en un aparato pequeño: sin embargo cuando trabajamos con cámaras como la MX5 (4.096 niveles) o modelos ya
superiores (ST-7) es factible bajar esta precisión a
0,05 magnitudes, no faltando los autores que cifran en 0,01 magnitudes la precisión de una CCD
de aficionado cuando se trabaja escrupulosamente
en buenas condiciones. Nosotros nos conformamos con algo menos, pues además de trabajar con
astros débiles (desde la 12ª magnitud) prácticamente nunca tenemos el campo estelar vacío de
astros como para que la fotometría por síntesis de
abertura sea eficaz al 100%, además de que el
propio ruido de fondo y el instrumental puede
afectar bastante en las tomas.
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CASOS PRÁCTICOS
Ya que sabemos un poquito más del tema que
nos ocupa vamos a los casos prácticos, que son
precisamente los que nos interesan a todos. Analizando tipo a tipo nos queda entonces:
Estrellas semirregulares y miras. Aunque en
la literatura profesional se mencionan algunos cúmulos que contienen semirregulares y miras, el
caso mejor documentado y fácil lo tenemos en
M80, globular situado en Escorpión. La carta adjunta (tomada del Burnham's Celestial Handbook)
presenta el cúmulo y las estrellas de fondo en un
campo de 30': dos de ellas, R y S Sco, situadas
respectivamente a 9 y 10' al E y ENE del centro
del cuerpo corresponden a sendas miras cuyos períodos son de 223 y 117 días respectivamente,
presentando un rango de la 9,8ª a la 15,5ª magnitud como límites. En este caso la distancia aparente al globular facilita el seguimiento y medición,
aunque sólo cuando empleamos un sistema óptico
que nos proporcione un campo de 10' al menos:
lamentablemente mi SC-203 mm no me sirve sin
el reductor de focal. Incluso con telescopios de
150-200 mm de abertura es factible seguirlas durante todo su ciclo, al quedar su brillo dentro de la
magnitud límite del aparato. Sin embargo el cercano M4, situado sólo a unos 6.200 años-luz, es
relativamente pobre en estrellas de este tipo: una
verdadera pena pues sus astros más brillantes rondan la 8ª magnitud (en luz roja) mientras que los
que ocupan el BH (las RR Lyr por ejemplo) son
de la 11ª magnitud: fáciles de capturar y seguir
durante todo su ciclo (13ª-16ª magnitud). Más fortuna tenemos en M71 pues pese a que dista
18.000 años-luz (esto es, casi 6 veces más) contie-
ne una gigante roja irregular denominada Z Sge,
cuya oscilación está en el rango 12,5ª-15ª magnitud visual, así como 5 miras marcadas con asteriscos grises en la carta. En el caso del bien conocido M13 nos encontramos nada menos que con 10
variables rojizas (y 8 más sospechosas), todas en
el rango 11.9-13,5ª en sus máximos fáciles en
todo momento; lástima que no sean mencionadas
nunca en ninguna obra para aficionados...
Estrellas RR Lyr. La literatura profesional
puede decirnos qué cúmulos globulares las contienen, aunque en las publicaciones más conocidas
sobre objetos de cielo profundo he encontrado
pocas facilidades para conocer sus períodos o
magnitudes y ninguna carta de comparación. El
objeto más interesante, por cercano, es M4 cuyo
brazo horizontal (donde están las RR Lyr) presenta astros de la 13,5ª magnitud (filtro R, algo
menos con filtro V) mientras que M22 muestra
estos mismos astros en la 14ª magnitud; M13 presenta los suyos en la 14,7ª-14,9ª mientras que en
M5 son de la 14,9ª magnitud con períodos cercanos a 0,5 días; el más distante M15 contiene también gran cantidad aunque todas próximas a la 16ª
magnitud fotográfica. Como vemos cuanto más
dista el cúmulo más débiles son sus componentes:
fijando nuestro límite en la 16ª magnitud podríamos estudiar globulares hasta los 35.000-39.000
años-luz. Sus períodos son siempre muy cortos:
por ejemplo de 0,31 a 0,75 días (7,44 a 18 horas)
las que se han estudiado en M13.
Cefeidas. No son muchos los globulares en los
cuales se indique en libros para aficionados (por
ejemplo el archiconocido Burnham's) la existencia de este tipo de astros, pese a que existen y los
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Identificación de 4 estrellas sospechosas de variabilidad en el globular M3: las dos imágenes superiores son las originales de
partida, la inferior izquierda muestra las presuntas variables identificadas y la inferior derecha es una resta de las dos primeras: de este modo aparecen negras las que han bajado de brillo mientras que la que ha subido de brillo aparece blanca.
profesionales los estudian: en el caso de M5 esta
obra cita dos de ellas, de la 11ª-12ª magnitud máxima, con períodos de 25,74 y 26,42 días respectivamente. En el caso del bien estudiado M13 se
han reconocido la existencia de 3-4 cefeidas (del
tipo BL Herculis) en el rango 13,1ª-14,1ª magnitud en su máximo con períodos de 1,46 a 5,11
días (mencionadas de pasada sin indicar datos),
mientras que en el notable M22 no se citan de
ningún modo... una verdadera pena al ser fáciles
de capturar con telescopios medianos y CCDs.
Sin buenas cartas de identificación, salvo en el
caso de las miras de M80 o M71, sin datos técnicos solventes en los que basarse o sin listados
para localizarlas poco es lo que el aficionado podría hacer en el seguimiento de variables en globulares; sin embargo el que no tengamos cartas de
las RR Lyr, cefeidas o miras no quiere decir que
no podamos buscarlas e identificarlas. Creo que
una buena imagen de cualquier globular, en el
cual se aprecien perfectamente las estrellas componentes nos permitirá, por comparación, detectar
aquellos cambios más notorios en ellas. Para esto
es ideal tomar cada noche imágenes bien calibradas de luz para evitar saturación central, a interva-
los de 30 minutos: comparando una serie de imágenes de una misma noche (tomadas a lo largo de,
digamos, 3-4 horas) podremos apreciar los posibes cambios de sus estrellas entre la primera y la
última toma, ya que 3-4 horas representan una
fracción apreciable en el período de una RR Lyr
(en el rango de 0,2 a 1,2 días).
Esto mismo se puede aplicar en el caso de las
cefeidas, pues imágenes tomadas durante una semana ponen de manifiesto aquellos astros que oscilen de brillo en este período o, al menos, orientarnos sobre los posibles candidatos.
Las miras y semirregulares necesitan observaciones continuadas a lo largo de 3-4 meses a intervalos de, digamos, dos o tres fotos cada semana:
al compararlas podremos apreciar las que han
cambiado espectacularmente de brillo cubriendo,
de paso, varios ciclos completos.
Al final nosotros mismos, con bastante trabajo,
podremos ir haciendo un completo atlas digital de
los cúmulos globulares más interesantes y, en
ellos, de las candidatas a variables; más difícil es
determinar su magnitud y su período, lo cual necesita de períodos amplios de trabajo (en el caso
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de las miras) y bastantes imágenes (en el caso de
las RR Lyr), pero puede hacerse si se dispone de
paciencia y ganas de trabajar.
¿Cuál es la técnica propuesta por el autor?, es
bien sencilla: con el mismo instrumento, CCD y
focal se toman imágenes diarias del globular (si
ello es posible) empleando el mismo tiempo de
integración y mismo procesado digital; la idea no
es la de capturar una imagen muy bonita o estética llena de miles de astros, con el centro tan saturado que no se reconozcan las componentes, sino
la de individualizar el mayor número posible de
estrellas y que éstas no aparezcan saturadas.
Las imágenes de M3 de la página anterior (manipuladas digitalmente por el autor inventando variables donde no las había) nos lo pueden mostrar
gráficamente como ejemplo: en las dos tomas superiores vemos el globular y un muy minucioso
examen comparando ambas nos muestra la presencia de, al menos, 4 candidatas a variables que
han sido marcadas en la imagen inferior derecha.
Cuando sumamos la primera imagen (positiva) a
la segunda (negativa) nos queda una toma gris (al
cancelarse casi totalmente sus componentes), en
la cual destacan tres astros negros que han bajado
de brillo y uno blanco que ha subido levemente...
si el orden de suma de las imágenes fuese el contrario los astros serían blancos (los que bajan de
brillo) y negro el que ha subido de brillo. Utilizando esta sencilla técnica con imágenes propias
del globular podemos detectar las presuntas variables: imágenes posteriores tomadas a intervalos
determinados (diarias para las RR Lyr y Cefeidas,
semanales para las miras y semirregulares) pondrán de manifiesto sin las candidatas a variables
lo son o no, llegando a determinar el rango de oscilación y el período de cada una.
Ideal sería el empleo de filtros de color del tipo
Johnson a la hora de tomar imágenes: al menos
necesitaremos el B (azul) y el V (verde), con los
cuales podríamos determinar rutinariamente el índice de color B-V de las estrellas más brillantes:
aquellas más rojizas (frías) son candidatas ideales
a miras y semirregulares, las amarillas son candidatas a cefeidas y las blancas (más calientes) a estrellas del tipo RR Lyr o incluso errantes azules...
La captura de imágenes de globulares sin filtro
de color puede llegar a falsear el aspecto de sus
componentes, sobre todo si se trabaja con un chip
más sensible al rojo que al verde como es el caso
de la ST-4: intercalando siempre el filtro V delante del chip normalizamos la luz recibida pudiendo
empezar a efectuar mediciones o estudios; aquellos astros más rojizos aparecerán más débiles en
tanto que los astros más blancos aparecen algo
más brillantes. Cualquier medición fotométrica de
brillo seria habrá de hacerse, necesariamente, con
filtros: es preciso, por tanto, el empleo de al
menos un filtro de color; yo aconsejo el V, ya que
en la literatura profesional se suelen indicar todas
las magnitudes en este color aunque, si es factible,
se pueden hacer también mediciones con filtros
azules o rojos. Con las medidas de brillo así obtenidas podemos, empleando el programa adecuado, elaborar una curva de brillo provisional que
nos ofrezca tanto el período aproximado como el
rango de oscilación de brillo.
¿Podemos identificar las variables, o presuntas
variables, por su índice de color B-V?: sí, pues las
más rojizas (B-V>1) son candidatas seguras a
miras y semirregulares; las cefeidas, por su parte,
tienen índices B-V comprendidas en el rango 0,40,7 (a veces incluso 0,8-0,9) en tanto que las RR
Lyr andan en el rango 0,2-0,4 aproximadamente,
ocupando el brazo horizontal. Incluso cabe la posibilidad de localizar también alguna estrella del
tipo errante azul, cuyos índices B-V son muy reducidos (menor que 0,2) o incluso negativos (por
ejemplo -0,18 en el caso de la estrella Barnard
29, situada en M13, un astro fuertemente emisor
de luz violeta y ultravioleta); en este último caso
esta estrella aparece muy débil con el filtro rojo
mientras que con el azul es más brillante: un sencillo examen superficial de nuestras tomas pone
de manifiesto que es muy azulada.
Como puede verse aquí tenemos un nuevo y
prometedor campo de trabajo con el cual entretenernos meses enteros o incluso puede ser todo un
reto para el observador de variables cansado, o
aburrido ya, de seguir habitualmente las más facilonas... Es también una inmejorable oportunidad
para ayudar a los profesionales y corroborar o ampliar sus estudios: así centrándome sólo en el bien
conocido M13 puedo decir que en junio del 2000
había nada menos que 6 presuntas variables azuladas catalogadas, una de ellas Barnard 29 y otras
10 rojizas, todas sin confirmar ni desmentir aún...
como están en el rango 11,95-16,26ª magnitud
están sin duda alguna dentro de nuestras posibilidades instrumentales.
Cualquier consulta, sugerencias, comentarios o
dudas sobre el tema puede dirigirse a mi dirección
electrónica: [email protected]
Observatorio de Aldea Moret.
Cáceres, mayo de 2001.
Asesores Astronómicos Cacereños
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Asesores Astronómicos Cacereños